群体感应调控蛋白Kj-LuxS通过生物膜介导机制驱动烟嘧磺隆降解与根际定殖的分子机制

本研究首次揭示了Klebsiella jilinsis 2N3菌株中Kj-LuxS/AI-2群体感应（QS）系统通过调控生物膜形成、运动性和化学趋化性，实现烟嘧磺隆高效降解的分子机制。ΔKj-LuxS突变体生物膜生物量减少60.62%，根际定殖能力下降74.28%，导致除草剂降解率降低23.19%。研究为工程化根际修复菌群（rhizoremediation consortia）的构建提供了新策略。

　　

Highlight

Kj-LuxS/AI-2群体感应系统通过多机制调控生物膜介导的烟嘧磺隆解毒：

1. 1.

   Kj-LuxS缺失使生物膜生物量降低60.62%，除草剂生物吸附减少72.89%

2. 2.

   突变体对根际分泌组分（有机酸/糖类/氨基酸）的趋化运动受损，伴随bsmA、cheY和pilW基因表达下调

3. 3.

   ΔKj-LuxS突变体根际定殖能力显著减弱，14天内种群数量下降74.28%，形成结构缺陷型根表生物膜

4. 4.

   野生型菌株实现55.07%烟嘧磺隆降解并恢复本氏烟草生长，突变体仅降解31.88%

Discussion

Kj-LuxS编码的171氨基酸蛋白在激活甲基循环中起关键作用。α-螺旋与无规卷曲主导的柔性构象（37.43% vs 40.35%）与大肠杆菌和沙门氏菌LuxS结构特征相似。突变体在趋化运动中表现出"醉汉步态"现象，对苹果酸和天冬氨酸的趋化效率分别降低68.3%和59.7%。根际定殖实验显示，突变体在烟草根际形成"蜂窝状"缺陷生物膜，EPS分泌减少导致结构完整性丧失。

Conclusions

Kj-LuxS基因缺失通过破坏生物膜三维结构、削弱运动性和化学感应能力，最终降低菌株2N3的根际修复效能。该研究为群体感应驱动的土壤修复技术提供了理论框架，未来将聚焦于AI-2信号分子剂量效应与合成微生物群落构建研究。